| 标题 | 金属材料的高温热物理性能测试探析 |
| 范文 | 仇晰晖 摘 要：研究金属材料的高温物理性能主要是通过分析实验得到的数据，拟合出相关的经验公式，并进行适当的推广，这种方法在金属材料的应力、温度以及化学成分对物理性能影响方面取得了很好的效果。本文主要是通过对一台高温物理性能测试进行改造，达到进行单次试验就能获得多项的金属物理性能。 关键词：金属材料；高温；性能测试；探析 中图分类号：TG115 文献标识码：B 物理性能检测作为金属材料一个重要指标，具有自己独特的地位以及发展特点，作为金属材料的基础性能，方法化以及实验装置的多岐，使得仪器的方法的标准化、量值的标定以及仪器的商品化的进展都比较缓慢，应该给予更多的关注，本文就是在原有实验装置的基础上进行改进以更方面的对金属材料的热物理性能进行检测。 1 金属材料物理性能检测的作用 对于材料来说，其物理性能都是基本性能，它虽然不是结构材料主要的技术标准，但是确实材料的其他性能的立足点。对于功能性的材料，其物理性能就是它的主要性能，对于磁性材料其主要性能是磁性，热电材料的导电性是其主要使用性能，热工材料的热工材料是主要性能，弹性材料的主要性能是弹性。 2 影响金属材料的高温热物理性能的主要因素 2.1 冶铁工艺的影响 金属材料要想取得良好的高温物理性能，应该严格控制好气体含量以及杂质元素，因此在金属冶炼过程对工艺的要求很高，要确保合金中的杂质量降到最低，克服冶金的缺陷。一般情况下，高温金属在使用的过程中在与应力相垂直的横向截面容易出现裂纹。所以为了增加金属的使用寿命，在金属冶炼过程中应使柱状晶沿着受力的方向生长，减少横向的晶界面。 2.2 热处理相关工艺的影响 通常情况下，采用正火加高温回火来处理珠光体耐热钢；采用固溶强化或者时效的方法来处理奥氏耐热热刚，使之得到合适的晶粒度，并能起到改善强化相的效果。 2.3 金属材料化学成分的影响 在一定的温度下，金属的自扩散激活能会随着熔点的增加而增加，这就导致自扩散很慢。假如两晶体的结构相同，但是熔点不同的话，那么自扩散慢的自扩散激活能大。堆垛层错能越低越容易出现扩散位移，这就会出现位错不易产生交滑移、攀移以及割阶的现象。所以，对于合金和耐热刚而言，想保证高温下能有良好的物理性能，就应该选用那些自扩散激活能大、熔点高、层错低的金属作为主要的制备材料。 3 试验原理和方法 3.1 的测定： 由维恩定律 ，在 金属样品的均温的中心处钻一个小孔，作为黑体腔，并用显微精密光学高温计对样品的孔边和孔底测定温度，将测量得到的温度数据代入上述的公式就能得到样品的光谱发射率。但是在测量的过程中应该对下述的两个方面进行合适的修正：小孔的孔底不能完全等同于黑体，因此会有温度的误差；均温区与外界温度有差异会有热量的交换。试件表面到试件的中心会形成一定的温度差，在通过研究发现，可以得到一项引起的温差，其中是光学 温度计测得的样品孔底温度，是孔底的黑度系数；第二项引起的温差，其中L，I，V分别 表示试样的长度、电流强度以及均温段上的电压降，R为试样半径，K为试样的导热系数。 3.2 试件电阻率的的测定：由欧姆定律知，在样品的均温区上有。 3.3 试样膨胀系数的测定：由膨胀系数的定义知，其中是试样 均温区（温度为T）的长度，是试样温度T与室温之差，为室温下试样的长度。 3.4 试样半球向全辐射率，其中T、T0分别是试 样和水冷真空外套的温度，A表示试样均温段的表面积，是斯蒂芬-波尔兹曼常数。 3.5 试样导热率K的测定：根据长短试样方法能到得到，其中 ，分别为短、长试样的电流强度，S为试样的试验截面积，为短试样中心附近温度分布曲线的斜率。 4 试验装置与试验 实验的装置使用的改造之后的高温热物理性能综合测试仪，这种仪器的特别之处就是采用了可动电极，并能实现在真空密闭环境中采取不同的试样来调节电极之间的距离。测温的窗口是由8块石英玻璃片组合而成，假如有一块玻璃不慎被金属挥发污染，能够在不破坏真空环境的条件下换另一块继续测量。试验中需要测量的物理量有：试样被测均温区段的电压降V；试样中的电流强度I；试样上的温度T，在温度为T时被测温段的长度LT。 试验结果与讨论 根据试验的数据，采用数据拟合的方式得到 由试验知与对于光谱发射率的影响是相反的，多以试验在受到两者同时作用时会相互抵消一部分，由此可知，对于导热性能比较好的金属材料，可以采用使用实心棒打小孔，取代Worthing.A.G提出的薄壁管法测量光谱发射率，差别不大。 结语 总结上述的试验结果以及相关的数据，可以知道要想提高金属材料在高温下的相关物理性能，不单单要考虑影响金属材料高温物理特性的每种可能的因素，还需要全面进行的研究分析，取代相关的实验数据，并利用相关的试验数据就行修正，充分利用各种手段保证金属的良好的热物理性能。 参考文献 [1]徐一斌，奚同庚，倪鹤林，段炼，李明华，蔡忠龙，费扬.Li_2B_4O_7晶体的比热、导温和导热性能[J].材料研究学报，1994（05）. 摘 要：研究金属材料的高温物理性能主要是通过分析实验得到的数据，拟合出相关的经验公式，并进行适当的推广，这种方法在金属材料的应力、温度以及化学成分对物理性能影响方面取得了很好的效果。本文主要是通过对一台高温物理性能测试进行改造，达到进行单次试验就能获得多项的金属物理性能。 关键词：金属材料；高温；性能测试；探析 中图分类号：TG115 文献标识码：B 物理性能检测作为金属材料一个重要指标，具有自己独特的地位以及发展特点，作为金属材料的基础性能，方法化以及实验装置的多岐，使得仪器的方法的标准化、量值的标定以及仪器的商品化的进展都比较缓慢，应该给予更多的关注，本文就是在原有实验装置的基础上进行改进以更方面的对金属材料的热物理性能进行检测。 1 金属材料物理性能检测的作用 对于材料来说，其物理性能都是基本性能，它虽然不是结构材料主要的技术标准，但是确实材料的其他性能的立足点。对于功能性的材料，其物理性能就是它的主要性能，对于磁性材料其主要性能是磁性，热电材料的导电性是其主要使用性能，热工材料的热工材料是主要性能，弹性材料的主要性能是弹性。 2 影响金属材料的高温热物理性能的主要因素 2.1 冶铁工艺的影响 金属材料要想取得良好的高温物理性能，应该严格控制好气体含量以及杂质元素，因此在金属冶炼过程对工艺的要求很高，要确保合金中的杂质量降到最低，克服冶金的缺陷。一般情况下，高温金属在使用的过程中在与应力相垂直的横向截面容易出现裂纹。所以为了增加金属的使用寿命，在金属冶炼过程中应使柱状晶沿着受力的方向生长，减少横向的晶界面。 2.2 热处理相关工艺的影响 通常情况下，采用正火加高温回火来处理珠光体耐热钢；采用固溶强化或者时效的方法来处理奥氏耐热热刚，使之得到合适的晶粒度，并能起到改善强化相的效果。 2.3 金属材料化学成分的影响 在一定的温度下，金属的自扩散激活能会随着熔点的增加而增加，这就导致自扩散很慢。假如两晶体的结构相同，但是熔点不同的话，那么自扩散慢的自扩散激活能大。堆垛层错能越低越容易出现扩散位移，这就会出现位错不易产生交滑移、攀移以及割阶的现象。所以，对于合金和耐热刚而言，想保证高温下能有良好的物理性能，就应该选用那些自扩散激活能大、熔点高、层错低的金属作为主要的制备材料。 3 试验原理和方法 3.1 的测定： 由维恩定律 ，在 金属样品的均温的中心处钻一个小孔，作为黑体腔，并用显微精密光学高温计对样品的孔边和孔底测定温度，将测量得到的温度数据代入上述的公式就能得到样品的光谱发射率。但是在测量的过程中应该对下述的两个方面进行合适的修正：小孔的孔底不能完全等同于黑体，因此会有温度的误差；均温区与外界温度有差异会有热量的交换。试件表面到试件的中心会形成一定的温度差，在通过研究发现，可以得到一项引起的温差，其中是光学 温度计测得的样品孔底温度，是孔底的黑度系数；第二项引起的温差，其中L，I，V分别 表示试样的长度、电流强度以及均温段上的电压降，R为试样半径，K为试样的导热系数。 3.2 试件电阻率的的测定：由欧姆定律知，在样品的均温区上有。 3.3 试样膨胀系数的测定：由膨胀系数的定义知，其中是试样 均温区（温度为T）的长度，是试样温度T与室温之差，为室温下试样的长度。 3.4 试样半球向全辐射率，其中T、T0分别是试 样和水冷真空外套的温度，A表示试样均温段的表面积，是斯蒂芬-波尔兹曼常数。 3.5 试样导热率K的测定：根据长短试样方法能到得到，其中 ，分别为短、长试样的电流强度，S为试样的试验截面积，为短试样中心附近温度分布曲线的斜率。 4 试验装置与试验 实验的装置使用的改造之后的高温热物理性能综合测试仪，这种仪器的特别之处就是采用了可动电极，并能实现在真空密闭环境中采取不同的试样来调节电极之间的距离。测温的窗口是由8块石英玻璃片组合而成，假如有一块玻璃不慎被金属挥发污染，能够在不破坏真空环境的条件下换另一块继续测量。试验中需要测量的物理量有：试样被测均温区段的电压降V；试样中的电流强度I；试样上的温度T，在温度为T时被测温段的长度LT。 试验结果与讨论 根据试验的数据，采用数据拟合的方式得到 由试验知与对于光谱发射率的影响是相反的，多以试验在受到两者同时作用时会相互抵消一部分，由此可知，对于导热性能比较好的金属材料，可以采用使用实心棒打小孔，取代Worthing.A.G提出的薄壁管法测量光谱发射率，差别不大。 结语 总结上述的试验结果以及相关的数据，可以知道要想提高金属材料在高温下的相关物理性能，不单单要考虑影响金属材料高温物理特性的每种可能的因素，还需要全面进行的研究分析，取代相关的实验数据，并利用相关的试验数据就行修正，充分利用各种手段保证金属的良好的热物理性能。 参考文献 [1]徐一斌，奚同庚，倪鹤林，段炼，李明华，蔡忠龙，费扬.Li_2B_4O_7晶体的比热、导温和导热性能[J].材料研究学报，1994（05）. 摘 要：研究金属材料的高温物理性能主要是通过分析实验得到的数据，拟合出相关的经验公式，并进行适当的推广，这种方法在金属材料的应力、温度以及化学成分对物理性能影响方面取得了很好的效果。本文主要是通过对一台高温物理性能测试进行改造，达到进行单次试验就能获得多项的金属物理性能。 关键词：金属材料；高温；性能测试；探析 中图分类号：TG115 文献标识码：B 物理性能检测作为金属材料一个重要指标，具有自己独特的地位以及发展特点，作为金属材料的基础性能，方法化以及实验装置的多岐，使得仪器的方法的标准化、量值的标定以及仪器的商品化的进展都比较缓慢，应该给予更多的关注，本文就是在原有实验装置的基础上进行改进以更方面的对金属材料的热物理性能进行检测。 1 金属材料物理性能检测的作用 对于材料来说，其物理性能都是基本性能，它虽然不是结构材料主要的技术标准，但是确实材料的其他性能的立足点。对于功能性的材料，其物理性能就是它的主要性能，对于磁性材料其主要性能是磁性，热电材料的导电性是其主要使用性能，热工材料的热工材料是主要性能，弹性材料的主要性能是弹性。 2 影响金属材料的高温热物理性能的主要因素 2.1 冶铁工艺的影响 金属材料要想取得良好的高温物理性能，应该严格控制好气体含量以及杂质元素，因此在金属冶炼过程对工艺的要求很高，要确保合金中的杂质量降到最低，克服冶金的缺陷。一般情况下，高温金属在使用的过程中在与应力相垂直的横向截面容易出现裂纹。所以为了增加金属的使用寿命，在金属冶炼过程中应使柱状晶沿着受力的方向生长，减少横向的晶界面。 2.2 热处理相关工艺的影响 通常情况下，采用正火加高温回火来处理珠光体耐热钢；采用固溶强化或者时效的方法来处理奥氏耐热热刚，使之得到合适的晶粒度，并能起到改善强化相的效果。 2.3 金属材料化学成分的影响 在一定的温度下，金属的自扩散激活能会随着熔点的增加而增加，这就导致自扩散很慢。假如两晶体的结构相同，但是熔点不同的话，那么自扩散慢的自扩散激活能大。堆垛层错能越低越容易出现扩散位移，这就会出现位错不易产生交滑移、攀移以及割阶的现象。所以，对于合金和耐热刚而言，想保证高温下能有良好的物理性能，就应该选用那些自扩散激活能大、熔点高、层错低的金属作为主要的制备材料。 3 试验原理和方法 3.1 的测定： 由维恩定律 ，在 金属样品的均温的中心处钻一个小孔，作为黑体腔，并用显微精密光学高温计对样品的孔边和孔底测定温度，将测量得到的温度数据代入上述的公式就能得到样品的光谱发射率。但是在测量的过程中应该对下述的两个方面进行合适的修正：小孔的孔底不能完全等同于黑体，因此会有温度的误差；均温区与外界温度有差异会有热量的交换。试件表面到试件的中心会形成一定的温度差，在通过研究发现，可以得到一项引起的温差，其中是光学 温度计测得的样品孔底温度，是孔底的黑度系数；第二项引起的温差，其中L，I，V分别 表示试样的长度、电流强度以及均温段上的电压降，R为试样半径，K为试样的导热系数。 3.2 试件电阻率的的测定：由欧姆定律知，在样品的均温区上有。 3.3 试样膨胀系数的测定：由膨胀系数的定义知，其中是试样 均温区（温度为T）的长度，是试样温度T与室温之差，为室温下试样的长度。 3.4 试样半球向全辐射率，其中T、T0分别是试 样和水冷真空外套的温度，A表示试样均温段的表面积，是斯蒂芬-波尔兹曼常数。 3.5 试样导热率K的测定：根据长短试样方法能到得到，其中 ，分别为短、长试样的电流强度，S为试样的试验截面积，为短试样中心附近温度分布曲线的斜率。 4 试验装置与试验 实验的装置使用的改造之后的高温热物理性能综合测试仪，这种仪器的特别之处就是采用了可动电极，并能实现在真空密闭环境中采取不同的试样来调节电极之间的距离。测温的窗口是由8块石英玻璃片组合而成，假如有一块玻璃不慎被金属挥发污染，能够在不破坏真空环境的条件下换另一块继续测量。试验中需要测量的物理量有：试样被测均温区段的电压降V；试样中的电流强度I；试样上的温度T，在温度为T时被测温段的长度LT。 试验结果与讨论 根据试验的数据，采用数据拟合的方式得到 由试验知与对于光谱发射率的影响是相反的，多以试验在受到两者同时作用时会相互抵消一部分，由此可知，对于导热性能比较好的金属材料，可以采用使用实心棒打小孔，取代Worthing.A.G提出的薄壁管法测量光谱发射率，差别不大。 结语 总结上述的试验结果以及相关的数据，可以知道要想提高金属材料在高温下的相关物理性能，不单单要考虑影响金属材料高温物理特性的每种可能的因素，还需要全面进行的研究分析，取代相关的实验数据，并利用相关的试验数据就行修正，充分利用各种手段保证金属的良好的热物理性能。 参考文献 [1]徐一斌，奚同庚，倪鹤林，段炼，李明华，蔡忠龙，费扬.Li_2B_4O_7晶体的比热、导温和导热性能[J].材料研究学报，1994（05）. |
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